自动化科学技术的发展史

自动化科学技术的发展史

—自动化科学与技术的产生与发展

关键词：自动化技术发展

摘要：从古至今，劳动人民在经过长期生产和生活后﹐为了减轻自己的劳动﹐逐渐产生利用自然界动力代替人力畜力﹐以及用自动装置代替人的部分繁难的脑力活动的愿望﹐经过漫长岁月的探索﹐他们互不相关地造出一些原始的自动装置。而这些装置在随着知识和社会的进步中，断地得到提升，不仅节省了劳动力,解放生产力，还提高了了生产效率，好地实现了工业化流水线生产，并且有些能够在预先的编程设定后可以智能的解决一些问题，效地降低了生产成本。

1.引言

自动化（Automation）是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。

2.自动化技术及应用的发展经历

2.1自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）

社会的需要是自动化技术发展的动力。自动化技术是紧密围绕着生产﹑军事设备的控制以及航空航天工业的需要而形成和发展起来的。工业上的应用，是以瓦特的蒸汽机瓦特的蒸汽机瓦特的蒸汽机瓦特的蒸汽机调速器作为正式起点。1788年﹐瓦特为了解决工业生产中提出的蒸汽机的速度控制问题﹐把离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来﹐构成蒸汽机转速调节系统﹐使蒸汽机变为既安全又实用的动力装置。此时的自动化装置是机械式的，而且是自力型的。

2.2自动化技术及应用的发展经历

自动化技术及应用的发展经历了三个重要的里程碑：

里程碑是1788年英国机械师watt在发明蒸汽机的同时发明的蒸汽离心式调节器。第一次出现被控量的自动调节。

第二个里程碑是20世纪20年代电子管反馈放大器的诞生，各种电子式控制器在各种机

械与电子装置中的广泛应用，实现了机构和系统的自动化工作。

第三个里程碑是从20世纪70年代开始，计算机控制技术诞生，并逐步形成基于数字计算机控制与管理的一系列先进自动化模式与理念。90年代以来，随着智能技术和知识工程的普遍应用，现代的自动化装置及系统具有极强的环境适应能力和交互能力、复杂行为的控制能力、高智能的决策行为。

1788年，J.瓦特为了解决工业生产中提出的蒸汽机的速度控制问题，把离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速调节系统，使蒸汽机变为既安全又实用的动力装置。瓦特的这项发明开创了自动调节装置的研究和应用。在解决随之出现的自动调节装置的稳定性的过程中，数学家提出了判定系统稳定性的判据，积累了设计和使用自动调节器的经验。

20世纪40年代是自动化技术和理论形成的关键时期，一批科学家为了解决军事上提出的火炮控制、鱼雷导航、飞机导航等技术问题，逐步形成了以分析和设计单变量控制系统为主要内容的经典控制理论与方法。1946年，美国福特公司的机械工程师D.S.哈德首先提出用自动化一词来描述生产过程的自动操作。1947年建立第一个生产自动化研究部门。1952年J.迪博尔德第一本以自动化命名的《自动化》一书出版,他认为“自动化是分析、组织和控制生产过程的手段“。实际上,自动化是将自动控制用于生产过程的结果。50年代以后，自动控制作为提高生产率的一种重要手段开始推广应用。它在机械制造中的应用形成了机械制造自动化；在石油、化工、冶金等连续生产过程中应用，对大规模的生产设备进行控制和管理，形成了过程自动化。电子计算机的推广和应用，使自动控制与信息处理相结合，出现了业务管理自动化。

50年代末到60年代初，大量的工程实践，尤其是航天技术的发展，涉及大量的多输入多输出系统的最优控制问题，用经典的控制理论已难于解决，于是产生了以极大值原理、动态规划和状态空间法等为核心的现代控制理论。现代控制理论提供了满足发射第一颗人造卫星的控制手段，保证了其后的若干空间计划（如导弹的制导、航天器的控制）的实施。控制工作者从过去那种只依据传递函数来考虑控制系统的输入输出关系，过渡到用状态空间法来考虑系统内部结构，是控制工作者对控制系统规律认识的一个飞跃。

60年代中期以后，现代控制理论在自动化中的应用，特别是在航空航天领域的应用。产生一些新的控制方法和结构,如自适应和随机控制、系统辨识、微分对策、分布参数系统等。与此同时，模式识别和人工智能也发展起来，出现了智能机器人和专家系统。现代控制理论和电子计算机在工业生产中的应用，使生产过程控制和管理向综合最优化发展。

70年代中期，自动化的应用开始面向大规模、复杂的系统，如大型电力系统、交通运输系统、钢铁联合企业、国民经济系统等，它不仅要求对现有系统进行最优控制和管理，而且还要对未来系统进行最优筹划和设计，运用现代控制理论方法已不能取得应有的成效，于是出现了大系统理论与方法。80年代初，随着计算机网络的迅速发展，管理自动化取得较大进步，出现了管理信息系统、办公自动化、决策支持系统。与此同时，人类开始综合利用传感技术、通信技术、计算机、系统控制和人工智能等新技术和新方法来解决所面临的工厂自动化、办公自动化、医疗自动化、农业自动化以及各种复杂的社会经济问题。研制出柔性制造系统、决策支持系统、智能机器人和专家系统等高级自动化系统。

自动化技术的发展历史是一部人类以自己的聪明才智延伸和扩展器官功能的历史，自动化是现代科学技术和现代工业的结晶，它的发展充分体现了科学技术的综合作用。

2.3自动化科学技术的发展趋势

自动化学科的显著特点是对多学科技术的包容性，学科的交叉研究始终是自动化科学技术发展的动力。信息科学和生命科学是21世纪前沿科学的主流，信息科学和生命科学的交

叉研究仍然是未来几十年的大趋势。其方向包含①计算机技术进展与自动化②信息网络环境下的自动化理论③智能自动化技术④生物技术与控制论⑤脑科学对控制理论的影响及反作用⑥绿色自动化技术

由于这门学科高度的交叉性、广泛的应用性及所需教学工具的深刻性。因此，扩大控制理论的应用范围将是21世纪的社会需求和不可避免的发展趋势。通过工程、计算机及大量数学工具来研究具有综合复杂性的控制系统是21世纪对控制理论工作者提出的巨大挑战。

总之，具有综合化、网络化、人性化、绿色化（清洁生产+绿色制造）的智能体将是21世纪自动化技术的发展趋势。

3.总结

自动化学科是一门多学科交叉的高技术学科。研究内容宽、广，几乎无所不包。并且，伴随其它学科、技术的发展，研究内容越来越广。其中控制、信息、系统是其核心。而自动化学科知识体系中的核心知识是：控制与智能、对象与建模、系统与工程等三个知识领域，也是自动化学科与其它学科的最大区别。也是当代高技术的集中体现与应用。自动化研究范围宽广，几乎无所不包。并且，随着其它技术的发展，将会越来越广。具有多学科交叉、内涵丰富、外延宽广的特点，因而利于培养宽口径、多面手、综合复合型人才；自动化研究得益于具有方法论性质的科学方法、科学思想的熏陶，思想更开阔、也更有深度，非常利于培养具有创新能力的人才。

参考文献

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